ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛ—КОД Советский патент 1974 года по МПК H03M1/30 

1

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и служит для преобразования угла поворота вала в цифровой код.

Известны преобразователи угла поворота вала в код, содержащие устройство грубого отсчета, установленное на входном валу и состоящее из кодового диска и считывающего блока, устройство точного отсчета, содержащее кодовый диск, установленный на валу двигателя, и считывающий блок, проекционные фотоэлектрические системы, установленные напротив осветителя и соответствующих щтрихов кодовых дисков. Выходы считывающего блока тачного отсчета соединены через соответствующие формирователи импульсов с первым и вторым входами счетчика импульсов, первый выход которого подключен через первый вентиль к первому входу реверсивного счетчи ка, а второй - .к первому входу преобразователя кода грубого отсчета, вторым входом подключенного к выходу считывающего блока грубого отсчета. Выход преобразователя кода грубого отсчета соединен через второй вентиль со вторым входом реверсивного счетчика, выход которого соединен с первым входом третьего вентиля, вторым входом подключенного к выходу первого блока временного разделения импульсов. Входы блока определения направления вращения соединены с выходами проекционных фотоэлектрических систем, первый выход - с первым входом второго блока временного разделения импульсов, выход которого подключен ко .вторым входам первого и второго вентилей и к первому входу первого блока временного разделения импульсов, вторым входом соединенного с цепью опроса. Второй вход второго блока временного разделения импульсов соединен с первым входом счетчика импульсов. Второй и третий выходы блока определения направления вращения подключены соответственно через четвертый н пятый вентили к третьему и четвертому входам реверсивного

5 счетчика.

Недостатком известных устройств является невысокое быстродействие, вызванное несоответствием импульсов опроса скорости и напра1вления вращения контролируемого вала.

С целью повыщения быстродействия преобразователя в него введен экстраполятор, состоящий из последовательно соединенных из.мерителя интервалов времени, функционального преобразователя, щестого вентиля, запо5минающего регистра, седьмого вентиля и накапливающего сумматора. Вторые входы накапливающего сумматора функционального преобразователя и измерителя интервалов времени подключены к первому выходу бло0ка определения направления вращения, а первый вход измерителя интервалов времени и второй вход седьмого вентиля соединены с первым входом счетчика импульсов. Выход наканливающего сумматора соединен с третьим входом нервого блока временного разделения импульсов и со вторым входами четвертого и пятого вентилей.

На фиг. 1 и 2 приведена функциональная схема устройства.

0,ио содержит устройство точного отсчета, которое включает вращающийся с постоянной скоростью кодовый диск 1, установленный на валу синхронного двигателя 2, и считывающий блок, состоящий из осветителей 3 и 4, диафрагмы 5 и фотоприемников 5 и 7. На торцовой поверхности диска / нанесены щтрихисетки 8 в виде спи1рали Архимеда, кольцевая дорожка 9 с п радиальными щтрихами (щтрих JO находится вне дорожки). Фотоприемники 6и 7 воспринимают световые потоки, модулированные щтрихами дорожки 9 и щтрихом 10.

Устройство грубого отсчета содержит кодовый диск 11, закрепленный на входном валу 12, и считывающий блок 13. Две проекционные фотоэлектрические системы, каждая из которых состоит соответственно из призм и 1S-21, объективов 22, 23 и 24, 25, диафрагм 26, 27 и 28, 29, фотоприемникав 30, 31 и 32, 33, установлены напротив общего осветителя для обоих систем. Осветитель состоит из источника света 34, конденсатора 35, разделительной призмы 36, четырех отражательных призм 37-40, которые направляют световые потоки через коллекторы 41-44, на диаметрально противоположные участки щтрихов спиральной сетки 8. Входы блока определения направления вращения 45 (см. фиг. 2), содержащего балансные усилителиформирователи 46, 47 и логическую схему 48, соединены с выходами фотоприемников 30-33.

Преобразователь также содержит формирователи импульсов 49, 50, счетчик имнульсов 51, вентили 52-56; реверсивный счетчик 57, преобразователь кода грубого отсчета 58, блоки временного разделения импульсов 59, 60 и экстраполятор 61. Экстраполятор содержит последовательно соединенные .измеритель интервалов времени 62, функциональный преобразователь 63, шестой вентиль 64, запоминающий регистр 65, седьмой вентиль 66, накапливающий сумматор -67 и цепи опроса 68.

Выходы считывающего блока точного отсчета (выходы фотоприемников 6 к 7) соединены через формирователи импульсов 50 и 49 соответственно с первым и вторым входами счетчика импульсов 5.1, первый выход которого через первый вентиль 52 подключен к первому входу реверсивного счетчика 67, а второй соединен с первым входом преобразователя кода грубого отсчета 58. Выход последнего через второй вентиль 54 соединен со вторым входом реверсивного счетчика 57, выход которого соединен с первым входом третьего вентиля 53, вторым входом подключенного к

выходу первого блока временного разделения импульсов 59. Первый выход блока определения направления вращения 45 (выход логической схемы 48) соединен с первым входом второго блока временного разделения импульсов 60 и вторыми входами сумматора 67, щестого вентиля 64, преобразователя 63 и измерителя интервалов времени 63.

Выход блока 60 подключен ко вторым входам первого 52 и второго 54 вентилей и к первому входу блока 59, второй вход которого соединен с цепью опроса 68. Второй вход блока 60 соединен с первым входом счетчика импульсов 51. Второй и третий выходы блока определения направления вращения 45 подключены соответственно через четвертый 56 и пятый 55 вентили к третьему и четвертому входам реверсивного счетчика 57. Вторые входы четвертого 56 и пятого 55 вентилей соединены с выходом накапливающего сумматора 67 и с третьим входо.м первого блока временного разделения импульсов 59. Первый вход измерителя интервалов времени 62 и второй вход седьмого вентиля 66 соединены с первым входом счетчика импульсов 5/. Второй вход преобразователя кода грубого отсчета 5iS соединен с выходом считывающего блока 13.

Проекционные фотоэлектрические системы

отъюстированы так, что в тот момент, когда решетки одной .из них пропускают максимальный свето;вой поток, рещетки другой пропускают минимальный поток. iB .результате сигналы фотоприемников 30, 3d сдвинуты по фаее один относительно другого на половину периода. Аналогично сдвинуты по фа.зе сигналы фотоприемников 32 и 33.

При неподвижном входном вале 12 сигналы фотоприемников 30-33 имеют одинаковую частоту, величина которой определяется скоростью вращения диска /. Вращение вала 12 приводит .к увеличению частоты сигналов фотоприемников в одной из проекционных фотоэлектрических систем и соответственно к

уменьшению частоты сигналов в другой системе в зависимости от .направления вращения вала.

Сигналы с фотоприеМНИков 30, 3d поступают на входы усилителя 47, а сигналы с фотоприемников 32 и 33 - на входы усилителя 46. Эти усилители на выходах формируют импульсы в моменты равенства амплитуды сигналов на обоих входах. В момент появления импульсов на выходах усилителей 47 или 46

устройства грубого и точного отсчетов оказываются согласованными. Периоды повторения выходных импульсов усилителей 47 и 46 при вращении входного вала 12 различны, так как различны частоты модуляции световых потоков в проекционных фотоэлектрических системах. Импульсы поступают на входы логической схемы 48, которая .пропускает на свой выход «1 импульсы большей частоты. В случае равенства частот на выход «1 схемы 48

проходят .импульсы, сфор.мированные усилителем 47. При вращении вала ,12 в сторону увеличения отсчета .на выходе «2 схемы 48 появляется сигнал в виде высокого уровня напряжения, а при вращении входного вала в противоположном направлении такой сигнал появляется на выходе «3.

В устройстве точного .отсчета осуществляется циклическое преобразование угла поворота в код, основанное на принципе подсчета приращений угла поворота. Формирователь импульсов 49 формирует импульсы (период следования их равен периоду вращения вала двигателя 2), которые устанавливают счетчик импульсов 5/ в нулевое состояние. На счетный вход счетчика импульсов 51 с выхода формирователя импульсов 50 поступают импульсы, являющиеся эк1вивалентами элементарных приращений угла поворота диска точного отсчета. В результате подсчета числа и.мпульсов на выходах счетчика импульсов 51 образуется код числа, соответствующего углу поворота диска точного отсчета. Считывание информации со счетчика импульсов 51 происходит импульсами, сформированными блоком временного разделения импульсов 60. Она служит для исключения совпадения по времени импульсов, открывающих вентили 52, с импульсами сброса счетчика импульсов на нуль и счетными импульсами, вырабатываемыми формирователями импульсов 49 и 50 соответственно. Импульсы открывают вентили 55, через которые информация об угле поворота диска точного отсчета, записанная в счетчи.ке 51, переносится в триггеры младших разрядов устройства 57. Преобразователь кода грубого отсчета 58 преобразует сигналы чувствительных элементов считывающего блока 13 в параллельный код. Считывание информации с преобразователя кода грубого отсчета 55 происходит выходными импульсами блока временного разделения импульсов 60, которые управляют открыванием вентилей 54. Через эти вентили код старших разрядов из преобразователя кода грубого отсчета 58 поступает в триггеры старших разрядов реверсивного счетчика 57. С выходов триггера старшего разряда счетчика импульсов 51 в преобразователь кода грубого отсчета 58 подается сигнал, с помощью которого устраияется неоднозначность считывания в устройстве грубого отсчета.

В моменты согласования устройств грубого и точного отсчетов в реверсивном счетчике 57 записываются и и младшие разряды кода числа, являющегося эквивалентом угла поворота входного вала .12.

В промел утках времени между моментами согласования устройств грубого и точного отсчетов на вход сложения «-Ь или вычитания «- реверсивного счетчика 57 через вентили 55 или 56 соответственно поступают импульсы элементарных приращений угла поворота. Частота следования этих импульсов определяется экстраполятором 61 с учетом величины скорости вращения контролируемого

вала ,12. Управление подачей приращений иа входы « + или «- счетчика 57 осуществляется схемой 48 через вентили 55 н 56 в зависимости от направления вращения входного вала .

Измеритель интервалов времени 62 определяет длительность интервалов времени между импульсами согласования отсчетов, сформированными на выходе «1 схемой 4в. Измеренная величина поступает в виде цифрового кода в функциональный преобразователь 63, который преобразует ее в значение приращения угла Афг.

Для устранения |Влия.ния нестабильности

5 вращения диска -/ иа точность вычисления величины Афг в качестве импульсов квантования для измерителя интервалов времени 62 используются импульсы формирователя импульсов 50, т. е. формирователь и.мпульсов 50 является квантователем временных интервалов, а синхронный двигатель 2 запитывается стабильным по частоте напряжением.

Вычисленные функциональным преобразователем 63 значения Афг через вентили 64 пе редаются в запоминающий регистр 65. Затем измеритель интервалов времени 62 и функцио.нальный преобразователь €3 устанавливаются .в начальное состояние, и начинается новый цикл определения значения приращения Аф1. Накапливающий сумматор 67 через квантованные интервалы времени увеличивает содержимое своего регистра суммы на величину Аф,-, так как по окончании каждого из этих интервалов времени вхо.ды сумматоров 67 подключаются к выходам запоминающего регистра 65 через вентили 66. Выход сумматора 67 связан через вентили 55 и 56 со входами «- и « + реверсивного счетчика 57. В связи с этим величина угла поворота

0 вала 12, записанная в реверсив)1ый счетчик 57 в момент согласования отсчетов, изменяется на величину -ЬАф,- или -Афг (знак зависит от направления вращения входного вала 12).

д Таким образо.м, в реверсив.ном счетчике 57 записывается код числа, считанный с устройств грубого и точного отсчетов, а в промежутках времени между моментами согласования, в реверсивный счетчик вво.днтся поправка в зависимости от скорости. Следова0тельно, в любой мо.мент времени в реверсивном счетчике 57 содержится код ч.исла, соответствующий величине угла поворота входного вала 12.

Информация об угле поворота входного

5 вала 12 во внешнее устройство, например, ЦВМ, выдается через вентили 53, которые открываются по команде, поступающей из первого блока временного разделения и.мпульсов 59. Это устройство при поступлении на его

вход по цепи опроса 68 сигнала «опрос вырабатывает на своем выходе команду на открывание вентилей 53, которая по времени не совпадает с моментами перехода реверсивного счетчика 57 из одного состояния в другое,

5 и представляет собой импульс малой длительности, ке совпадающий по времени ни с импульсами согласования отсчетов, ни с импульсами, поступающими в реверсивный счетчик 57 из сумматора 67.

Предмет изобретения

Преобразователь угол-код, содержащий устройство грубого отсчета, установленное на входном валу и состоящее из кодового диска и считывающего блока, устройство точного отсчета со считывающим блоком и установленным на .валу двигателя кодовым диском, проекционные фотоэлектрические системы, установленные напротив осветителя и соответствующих щтрихов кодовых дисков, выходы считывающего блока точного отсчета соединены через соответствующие формирователи импульсов с первым и вторым входами счетчика импульсов, первый выход которого подключен через первый вентиль к первому входу реверсивного счетчика, а второй - к первому входу преобразователя кода грубого отсчета, второй.вход которого подключен к выходу считывающего блока -грубого отсчета, выход преобразователя кода грубого отсчета соединен через второй вентиль со вторым входом реверсивного счетчика, выход которого соединен с первым входом третьего вентиля, второй вход которого подключен к выходу первого блока временного разделения импульсов, блок определения направления вращения, входы которого соединены с выходами проекционных фотоэлектрических систем, первый выход блока определения направления вращения соединен с первым входом второго блока временного разделения импульсов, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго вентилей и к первому входу первого блока временного разделения импульсов, вто.рой вход которого соединен с цепью опроса, второй .вход второго блока временного разделения импульсов соединен с первым входом счетчика импульсов, .второй и третий выходы блока определения направления вращения подключены соответственно через четвертый и пятый вентили к третьему и

четвертому входам реверсивного счетчика, отличающийся тем, что, с целью повыщения быстродействия преобразователя, в него введен экстраполятор, состоящий из последовательно соединенных измерителя интервалов

времени, функционального преобразователя, щестого вентиля, запоминающего регистра, седьмого вентиля и .накапливающего сумматора, вторые входы накапливающего сумматора, щестого вентиля, функционального преобразователя, измерителя интервалов времени подключены к первому выходу блока определения направления вращения, первый вход измерителя .интервалов времени и второй вход седьмого вентиля соединены с первым входом

счетчика импульсов, выход накапливающего сум,матора сое динеп с третьим входом первого блока временного разделения импульсов и со вторыми входами четвертого и пятого вентилей.

58,

0

ff

Риг 1

I г JLJLJLl S

m